JPH07308031A - 二次電池の充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 【構成】二次電池の温度と電圧をＡ／Ｄ変換器４１，４
２と電池温度計算部４３および電池電圧検出部４４を介
して求め、さらに二次電池の温度微分を温度微分計算部
４６により計算し、その温度微分値が所定値に達したこ
とをもって満充電として判定したとき急速充電を停止さ
せる充電装置において、電池温度および電池電圧と最適
急速充電電流の関係を格納した最適急速充電電流テーブ
ル４９を設け、この最適急速充電電流テーブル４９を用
いて電池温度および電池電圧から最適急速充電電流を決
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は二次電池の充電装置に係
り、特にニッケルカドミウム二次電池や、ニッケル水素
二次電池などのアルカリ二次電池の急速充電に適した充
電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】二次電池を短時間で充電するための急速
充電器においては、急速充電時に例えば一定の充電電流
を電池に流す方法がとられている。図１６は従来の急速
充電器の充電特性であり、充電開始時の電池温度が２５
℃のときの充電電流と電池電圧ＶB および電池温度ＴB
の時間変化を示している。同図に示すように、１．０Ｃ
の一定電流で急速充電が行われる。この充電の進行に伴
い電池電圧ＶB および電池温度ＴB は徐々に上昇し、破
線で示す満充電に近づいた時点で電池温度ＴB は急激に
上昇する。そこで、電池温度ＴB の単位時間当たりの上
昇量（温度微分）が例えば１℃／分に達したことをもっ
て満充電と判定し、急速充電を停止させ、引き続きトリ
クル充電に移行する。

【０００３】このような従来の急速充電器では、電池温
度が十分に低く、かつ電池の充電容量が少ないために、
急速充電電流として１．０Ｃより大きい例えば２．０Ｃ
を流すことによって急速充電時間を短縮できる状況で
も、１．０Ｃという一定の急速充電電流を流しているた
め、急速充電時間は短縮されないという問題がある。

【０００４】一方、充電電流が１．０Ｃでも電池温度が
例えば４０℃と高い状態で急速充電を開始したときは、
充電末期（充電容量が１００％に近付いた時）では電池
温度が５５℃にも達する。この場合、図６に示した充電
温度（充電時の電池温度）と充電容量との関係から明ら
かなように、充電温度が４０℃〜５５℃での充電では放
電容量（充電容量）が少なくなってしまうという問題が
ある。また、このように電池温度が充電時に高くなるこ
とは、電池のサイクル寿命を短くする結果ともなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように一定の
充電電流で急速充電を行う従来の急速充電器では、電池
温度が低い場合には急速充電時間が長くなり、また電池
温度が高い場合には充電により電池温度がさらに上がる
ことにより充電容量が大きくとれず、しかもサイクル寿
命が短くなるという問題があった。

【０００６】本発明は、このような従来の急速充電器の
問題点を解消するためになされたもので、電池温度が低
い場合の急速充電時間を短縮でき、また電池温度が高い
場合でも充電容量を大きくできるとともにサイクル寿命
を損なうことがない二次電池の充電装置を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る二次電池の
充電装置は、二次電池の温度を検出する温度検出手段
と、前記温度検出手段により検出された温度に応じて急
速充電電流を増減させ制御する充電制御手段とを備えた
ことを特徴とする。

【０００８】また、本発明に係る二次電池の充電装置
は、さらに二次電池の電圧を検出する電圧検出手段を有
し、充電制御手段は前記温度検出手段により検出された
温度および前記電圧検出手段により検出された電圧によ
り最適急速充電電流を決定して急速充電電流を制御する
構成としたことを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明では、二次電池の温度に応じて急速充電
電流が制御される。すなわち、電池温度が比較的低いと
きは急速充電電流を大きくすることにより、急速充電時
間を短縮する。一方、電池温度が比較的高いときは急速
充電電流を小さくすることにより、電池の温度上昇を抑
えて充電容量を大きくとり、かつ電池のサイクル寿命を
短くすることがないようにする。

【００１０】また、本発明では電池温度から許容充電電
流を認識し、電池電圧から各電池温度での充電容量を認
識して、これらに基づいて最適急速充電電流を決定する
ことにより、各電池温度において電池の温度上昇を抑え
かつ充電容量を考慮した最適な急速充電電流で充電を行
うことができる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は、本発明に係る実施例を示す二次電池の充
電装置の回路構成図である。図１において、電池パック
１はアルカリ二次電池などの二次電池（以下、単に電池
という）２と、この電池２の近傍に配置された温度測定
用のサーミスタ３を筐体内に設けたものである。図１
は、この電池パック１が充電装置４にセットされた状態
を示している。なお、電池パック１が組み込まれた携帯
電話機その他の機器を充電装置４にセットするようにし
てもよい。

【００１２】充電装置４は、次のように構成されてい
る。充電装置４には商用交流電源５（例えば１００Ｖ）
からの電力が入力され、ノイズ除去のためのフィルタ６
を介して整流平滑回路７により直流化された後、トラン
ス８の一次側に与えられる。トランス８の一次側には、
パワーＭＯＳトランジスタからなるスイッチングトラン
ジスタ９が抵抗１０を介して接続されている。スイッチ
ングトランジスタ９は、ＰＷＭ（パルス幅変調）回路１
１の出力によってスイッチングされる。これによりトラ
ンス８の一次側にパルス電流が流れ、トランス８の二次
側にエネルギーが伝達される。トランス８の二次側に生
じた出力は、整流平滑回路１２により直流化された後、
急速充電用トランジスタ１３、またはトリクル充電用ト
ランジスタ１４と抵抗１５の直列回路を通り、さらに逆
流防止用ダイオード１６を介して、電池２に充電電流と
して供給される。なお、整流平滑回路１２の出力はフォ
トカプラ１７の発光素子１８にも供給され、フォトカプ
ラ１７の受光素子１９の出力はＰＷＭ回路１１に入力さ
れる。

【００１３】マイクロコントローラ２０は、マイクロコ
ンピュータを主体として構成され、急速充電用トランジ
スタ１３、トリクル充電用トランジスタ１４、フォトカ
プラ１７およびＬＥＤ３１の制御を行うものである。こ
のマイクロコントローラ２０には、抵抗２１とサーミス
タ３との接続点の電圧（以下、サーミスタ電圧という）
Ｖｔと、抵抗２２，２３により電池２の電圧ＶB を分圧
した電圧（以下、電池電圧分圧値という）Ｖｂが入力さ
れている。

【００１４】抵抗２４〜２９および演算増幅器３０は、
充電電流を一定にする制御を行うために設けられてい
る。演算増幅器３０の反転入力端子には、充電路に直列
に挿入されて充電電流を検出する抵抗２４の端子電圧が
抵抗２７を介して入力され、非反転入力端子には＋５Ｖ
の電源電圧を抵抗２５，２６により分圧した電圧（基準
電圧）が抵抗２８を介して入力される。抵抗２５，２
６，２８の接続点Ａには、マイクロコントローラ２０の
ポートＰ０と、ポートＰ１〜Ｐ３に一端が接続された抵
抗２８ａ〜２８ｃの他端が接続されている。演算増幅器
３０の反転入力端子と出力端子との間には抵抗２９が接
続され、抵抗２７と抵抗２９により演算増幅器３０の利
得が決定される。演算増幅器３０の出力端子は、フォト
カプラ１７の発光素子１８の整流平滑回路１２の出力端
子に接続された側と反対側に接続されている。このよう
な構成により、演算増幅器３０の反転入力端子と非反転
入力端子の電位が等しくなるようにフィードバック制御
が施される。

【００１５】例えば、電池２の充電電流が大きく、電流
検出用抵抗２４の端子電圧が大きいときは、演算増幅器
３０の非反転入力端子より反転入力端子の方が高電位と
なるため、演算増幅器３０の出力電圧は低くなり、発光
素子１８に流れる電流が増大する。この結果、ＰＷＭ回
路１１の出力パルス幅、つまりスイッチングトランジス
タ９のオン時間幅が短くなり、トランス８の二次側に伝
達されるエネルギーが減少して、充電電流が小さくな
る。

【００１６】逆に、電池２の充電電流が小さいときは、
演算増幅器３０の非反転入力端子より反転入力端子の方
が低電位となるため演算増幅器３０の出力電圧は高くな
り、発光素子１８に流れる電流が減少するため、ＰＷＭ
回路１１の出力パルス幅、つまりスイッチングトランジ
スタ９のオン時間幅が長くなり、トランス８の二次側に
伝達されるエネルギーが増加することにより、充電電流
は大きくなる。

【００１７】このようにして、充電電流に応じた抵抗２
４の端子電圧と抵抗２５，２６により得られた基準電圧
とが等しくなるようにフィードバック制御が行われ、充
電電流が定電流制御される。

【００１８】ここで、マイクロコントローラ２０のポー
トＰ０からは充電スタート信号５３が出力され、ポート
Ｐ１〜Ｐ３からは急速充電時に流すべき電流（急速充電
電流）に応じた急速充電電流制御信号５４ａ〜５４ｃが
出力される。急速充電電流は例えば３．０Ｃ，，２．０
Ｃ，１．０Ｃ，０．６Ｃとする。ポートＰ０が“Ｈ”レ
ベルとなると急速充電が開始され、Ａ点の電圧が０から
＋電圧になることにより電池２に充電電流が流れ始め
る。

【００１９】今、ポートＰ１〜Ｐ３が全て“Ｈ”レベル
とすると、Ａ点の電圧は＋５Ｖを抵抗２５，２６で分圧
した電圧となって最も高電圧となり、Ａ点の電圧とＢ点
の電圧とが等しくなるようにフィードバックがかかる。
この場合、急速充電電流が３．０Ｃとなるように抵抗２
５，２６，２７の値を設定する。次に、ポートＰ１〜Ｐ
３のうちＰ１のみを“Ｌ”レベルにすると、Ａ点の電圧
は＋５Ｖを抵抗２６と、抵抗２５，２８ａを並列接続し
たときの分圧電圧となり、急速充電電流が３．０Ｃのと
きの電圧より下がる。このとき、急速充電電流が２．０
Ｃとなるように抵抗２８ａの値を設定する。次に、ポー
トＰ１〜Ｐ３のうちＰ２のみを“Ｌ”レベルにすると、
Ａ点の電圧は＋５Ｖを抵抗２６と、抵抗２５，２８ｂを
並列接続したときの分圧電圧となり、このとき急速充電
電流が１．０Ｃとなるように抵抗２８ｂの値を設定す
る。同様に、ポートＰ１〜Ｐ３のうちＰ３のみを“Ｌ”
レベルにすると、Ａ点の電圧は＋５Ｖを抵抗２６と、抵
抗２５，２８ｃを並列接続したときの分圧電圧となり、
このとき急速充電電流が０．６Ｃとなるように抵抗２８
ｃの値を設定する。

【００２０】このように、ポートＰ１〜Ｐ３を全て
“Ｈ”レベルとするか、または選択的に“Ｌ”レベルと
することにより、急速充電電流を３．０Ｃ，２．０Ｃ，
１．０Ｃ，０．６Ｃの４段階に切り替えることができ
る。

【００２１】一方、急速充電により電池２が満充電近く
になると、電池温度が急激に上昇する。そこで、後述す
るように電池２の単位時間当たりの上昇量（温度微分）
が例えば１℃／分に達した時点で満充電と判定し、ポー
トＰ０を“Ｌ”レベルとすることにより、急速充電電流
を停止させる。

【００２２】マイクロコントローラ２０は、マイクロコ
ンピュータを用いたソフトウェア処理によって制御を行
うものである。図２に、マイクロコントローラ２０の機
能ブロック図を示す。

【００２３】図２において、サーミスタ電圧Ｖｔおよび
電池電圧分圧値ＶｂはＡ／Ｄ変換器４１，４２によりそ
れぞれディジタル値に変換された後、電池温度計算部４
３および電池電圧検出部４４にそれぞれ入力され、電池
温度ＴB および電池電圧ＶBが求められる。電池温度計
算部４３の出力は、電池温度判定部４５と温度微分計算
部４６に入力される。電池温度判定部４５は、電池電圧
がどのような温度範囲にあるかを判定するものである。
温度微分計算部４６は、電池の温度微分、つまり単位時
間当たりの温度上昇量を求めるものである。電池電圧検
出部４４の出力は、電池状態判定部４７に入力される。
電池状態判定部４７は、電池電圧から電池２が正常かど
うかを判定するものである。Ａ／Ｄ変換器４１の出力
は、電池パックセット検出部４８にも入力される。電池
パックセット検出部４８は、電池パック１が充電装置４
にセットされているかどうかを検出するものである。

【００２４】Ａ／Ｄ変換器４１、電池温度判定部４５、
温度微分計算部４６、電池状態判定部４７および電池パ
ックセット検出部４８の出力は充電制御部５０に入力さ
れ、充電制御部５０はこれらの出力に基づいて、急速充
電用トランジスタ１３への急速充電制御信号５１、トリ
クル充電用トランジスタ１４へのトリクル充電制御信号
５２、およびポートＰ０への充電スタート信号５３を発
生する。

【００２５】さらに、充電制御部５０は電池温度計算部
４３で求められた電池温度と、電池電圧検出部４４で検
出された電池電圧に基づいて最適急速充電電流テーブル
４９を用いて急速充電時の最適急速充電電流を決定し、
それに基づいてポートＰ１〜Ｐ３への急速充電電流制御
信号５４ａ〜５４ｃを発生する。

【００２６】次に、図３に示すフローチャートを参照し
て本実施例の動作を説明する。まず、サーミスタ電圧Ｖ
ｔがＡ／Ｄ変換器４１を介して読み込まれる（ステップ
１０１）。電池パック１が充電装置４にセットされる
と、サーミスタ電圧Ｖｔはそれまでの＋５Ｖからサーミ
スタ３と抵抗２１との分圧によって低下する。ここで、
サーミスタ電圧Ｖｔが所定値（例えば、４．８Ｖ）以下
になると、電池パックセット検出部４８によって電池パ
ック１が充電装置４にセットされたことが検出される
（ステップ１０２）。

【００２７】ステップ１０２において電池パック１のセ
ットが検出されると、電池温度計算部４３によりサーミ
スタ電圧Ｖｔが温度データに変換されて電池温度ＴB が
計算され（ステップ１０３）、次いで電池温度判定部４
５により電池温度ＴB が０℃以上、かつ４０℃以下の範
囲にあるかどうかが判定される（ステップ１０４）。電
池温度ＴB が０℃≦ＴB ≦４０℃の範囲に入ると、引き
続いて充電制御部５０から出力されるトリクル充電制御
信号５２が“Ｌ”レベルとなることにより、トリクル充
電用トランジスタ１４がオンとなって、トリクル充電が
行われる（ステップ１０５）。この後、電池電圧分圧値
ＶｂがＡ／Ｄ変換器４２を介して読み込まれ（ステップ
１０６）、電池電圧検出部４４により電池電圧ＶB が求
められ、さらに電池状態判定部４７によって電池電圧Ｖ
B から電池２が正常かどうかが判定される（ステップ１
０７）。具体的には、単セル当りの電池電圧ＶB が１．
０≦ＶB ≦１．７Ｖの範囲内のとき電池２は正常と判定
される。ここで、電池２が正常でなければ処理は終了
し、急速充電は行われない。

【００２８】電池２が正常の場合は、読み込まれた電池
温度ＶB と電池電圧ＶB に基づいて最適急速充電電流が
決定される（ステップ１０８）。そして、充電制御部５
０から出力される急速充電制御信号５１が“Ｌ”レベル
となることによって、急速充電用トランジスタ１３がオ
ンになると共に、充電スタート信号５３が“Ｌ”レベル
とされ、さらにステップ１０８で決定された最適急速充
電電流に従って、ポートＰ１〜Ｐ０のレベルが設定され
ることによって、急速充電が行われる（ステップ１０
９）。この間、ＬＥＤ３１がマイクロコントローラ２０
により制御されて点灯し、急速充電が行われていること
を示す。また、この急速充電中、充電電流は前述したフ
ィードバック制御によって一定に保たれる。さらに、こ
の急速充電中電池温度ＶB と電池電圧ＶB が繰り返し読
み込まれ、それに基づいて最適急速充電電流が更新され
る。

【００２９】そして、この急速充電の間、温度微分計算
部４６によって電池温度ＴB の温度微分、つまり単位時
間（例えば１分）当たりの温度上昇量が計算され、この
温度微分値が所定値（例えば１℃／分）以上となると電
池２は満充電と判定される（ステップ１１０）。電池２
が満充電と判定されると、急速充電制御信号５１および
充電スタート信号５３が共に“Ｈ”レベルとなることに
より、急速充電は終了する。

【００３０】次に、最適急速充電電流の決定方法につい
て具体的に説明する。本実施例における最適急速充電電
流の決定に関する基本的な考え方は、(1) 急速充電電流
を例えば１．０Ｃ以上流すことのできる領域では、急速
充電電流をそれより大きくして急速充電時間を短縮す
る、(2) 電池温度が上昇し過ぎるときは、充電容量が少
なくなり、かつサイクル寿命が短くなるため、逆に充電
電流を小さくして電池温度が上がらないようにする、と
いうものである。

【００３１】図４は、電池の充電容量による許容充電電
流の変化を電池温度をパラメータとして示したものであ
る。同図に示されるように、電池温度により許容充電電
流が変化する。例えば電池温度が低い領域（０℃，５
℃）では、許容充電電流は小さい。これは充電電流を流
した時のガス発生に対し、電極へのガス吸収の化学反応
速度が温度が低いほど低下するためである。また、充電
容量が８０％以上の領域ではガス発生が多くなって電池
の内圧が増加し、開弁となる可能性が出てくるためであ
る。ここで言えることは、電池温度が５℃〜０℃といっ
た低温になるほど充電電流を小さくする必要があるこ
と、８０％以上の充電容量では充電電流を減少させない
とガス発生による内圧増加による開弁の可能性が生じて
くるということである。

【００３２】図５の曲線５００は、各電池温度に対する
許容充電電流の変化を示したものである。同図に示され
るように、電池温度が−１０℃〜０℃の温度域では充電
電流を流した時のガス発生の吸収が低温のために少ない
ので内圧が上がり、開弁の可能性が高いことから、許容
充電電流は小さい。電池温度が４０℃以上で許容充電電
流が減少するのは、高温になるほど充電効率の悪化と発
熱により許容充電電流が制限されることによる。また、
図５の曲線５００が１５℃より０℃に向かって充電電流
が下がっているのは、充電電流によるガス発生の吸収反
応が電池温度により影響されるためであり、０℃に近付
くほどガス吸収反応が遅くなるために、充電電流が大き
いとガス発生量の方がガス吸収を上回るため、電池内圧
が上がり開弁となるからである。なお、図５の直線５０
１〜５０４は、本発明における各電池温度でのある安全
を見たマージンを持った許容充電電流を示している。

【００３３】図６は、充電温度に対する放電容量の変化
を充電電流をパラメータとして示したものである。同図
に示されるように、充電時の周囲温度が３０℃を越える
と充電容量（放電容量に等しい）が１００％とれなくな
る。充電温度６０℃では充電電流３Ｃで８０％、１Ｃで
７０％しか充電容量はとれなくなる。図６によれば、充
電容量は充電電流が大きいほど多くとれることを示して
いるが、電池温度が高温になるほど（特に４５℃以上）
充電容量が十分にとれなくなるので、充電電流の制御に
際して電池温度が高い時は充電電流を小さくし、電池温
度を上げないようにする必要がある。なお、図９で急速
充電電流と電池温度との関係を示すように、充電電流が
小さいと電池温度上昇が少ない。

【００３４】図７は、充電量と電池電圧の関係を充電電
流をパラメータとして示したものである。また図８は、
充電量と電池電圧の関係を電池温度をパラメータとして
示したものである。これら図７および図８の特性は、あ
る電池温度、ある充電電流での電池電圧より充電容量を
知り、それに基づいて最適急速充電電流を決定し、急速
充電電流の切り替え制御を行うために使用される。

【００３５】図９は、充電電流を可変したときの充電時
間と電池温度の関係を示したものである。同図に示され
るように、充電電流を大きくするほど電池温度の上昇は
大きくなり、その温度上昇は満充電に近付くほど顕著と
なる。

【００３６】以上のことを踏まえて、図３に示したフロ
ーチャートにおける最適急速充電電流決定ステップ１０
８の処理について詳しく説明する。図１０〜図１２は、
図３の最適急速充電電流決定ステップ１０８〜満充電判
定ステップ１１０の処理内容をより詳しく示すフローチ
ャートであり、図１３〜図１５は、本実施例で使用する
電池温度に応じた種々の充電電流パターンの急速充電特
性を示している。

【００３７】まず、図１０に示すように電池温度ＴB を
読み込み、０℃≦ＴB ≦１５℃の範囲に入るか否かを調
べる（ステップ２０２）。電池温度ＴB が０℃≦ＴB ≦
１５℃の範囲に入ると、図１３に示す第１の充電電流パ
ターンＩで急速充電を行う（ステップ２０３）。この場
合、充電電流として０．６Ｃの定電流を流し、この状態
で電池電圧ＶB と電池温度ＴB を読み込んだ後、電池電
圧ＶB の温度補正を行う。すなわち、読み込んだ電池電
圧ＶB を２０℃において０．６Ｃの定電流で充電を行っ
たときの電池電圧として補正する。

【００３８】次に、ＴB ＜３℃か否かを調べ（ステップ
２０４）、ＴB ＜３℃であれば引き続き１．０Ｖ≦ＶB
≦１．７Ｖか否かを調べ（ステップ２０５）、ＶB が
１．０Ｖ≦ＶB ≦１．７Ｖの範囲に入っていればステッ
プ２０２に戻り、この範囲に入っていなければＶB が異
常と判断して充電エラー処理を行う。但し、このステッ
プ２０５の判定結果では、充電電流の切り替えを行わな
い。何故なら、図５の０℃〜３℃の範囲では直線５０１
に示されるように０．６Ｃの充電電流しか流せないから
である。また、この０．６Ｃの充電電流は図１３の期間
ｔ１に対応している。０．６Ｃの充電電流が流れると、
図１３に示されるように電池温度ＴB は低いながらも次
第に上昇していき、電池電圧ＶB も上昇していく。

【００３９】そして、ＴB ＝３℃になると、処理はステ
ップ２０４からステップ２０６に移り、３℃≦ＴB ≦７
℃か否かを調べる。通常、ＴB は３℃≦ＴB ≦７℃の範
囲に入るため、処理はステップ２０７に進み、１．０Ｃ
の充電電流を流してＴB を計算し、ＶB を読み込んで先
と同様にＶB の温度補正を行う。なお、図５の直線５０
２より、ＴB ＝３℃〜７℃の範囲では１．０Ｃの充電電
流を流してもよい。

【００４０】ステップ２０６においてＴB が３℃≦ＴB
≦７℃の範囲に入らない場合には、ステップ２０８に移
り、さらにＴB が７℃≦ＴB ≦１４℃の範囲に入るか否
かを調べる。そして、ＴB がこの範囲にも入らない場合
には、次にステップ２０９で１．０℃≦ＶB ≦１．７Ｖ
の範囲にあるか否かによって電池電圧ＶB の異常を調
べ、この範囲に入ればステップ２０６に戻り、入らなけ
れば充電エラー処理を行う。なお、ステップ２０６〜２
０９のループは、図１３の期間ｔ２に対応している。こ
の期間ｔ２では、ＴB およびＶB は共に上昇している。

【００４１】ステップ２０８においてＴB ＜７℃になる
と、処理は図１１のステップ２１０に進み、今度は図１
３の期間ｔ３に示されるように２．０Ｃの充電電流を流
してＴB を計算し、ＶB を読み込んでＶB の温度補正を
行う。次いで、ステップ２１１において１．４５Ｖ≦Ｖ
B となったとき、図７より充電電流２．０Ｃ、ＴB ＝２
０℃での電池電圧はＶB ＝１．４５Ｖは充電容量が７５
％であることを意味するため、充電容量が７５％以上で
は充電電流を１．０Ｃとする（ステップ２１５）。そし
て、充電容量が１００％で電池温度の温度微分が１℃／
分以上となったことをもって満充電と判定する。

【００４２】ＴB が１５℃以上になる前でも、ＶB ≧
１．５Ｖになると充電容量が７５％以上になるため、ス
テップ２１３で３．０Ｃの充電電流を流すことなくステ
ップ２１５に進む。通常はステップ２１２でＴB ＞１５
℃となるため、ステップ２１３に進み、図１３の期間ｔ
４で示されるように３．０Ｃの充電電流を流し、ＴB を
計算し、ＶB を読み込んで先と同様にＶB の温度補正を
行う。

【００４３】そして、ステップ２１４でＶB ≦１．４８
Ｖか否かを調べ、ＶB ≦１．４８Ｖであれば（これは図
７より充電電流３．０Ｃ、ＶB ≦１．４８Ｖでの充電容
量は７５％を意味する）ステップ２１５に進み、１．０
Ｃの充電電流を流す。すなわち、図１３の期間ｔ４から
ｔ５に移る。この期間ｔ５では電池温度ＴB は図１３に
示されるように急激な上昇を示し、温度微分が１℃／分
を越えて満充電が判定されるため、充電電流１．０Ｃの
供給を停止し、図１３の期間ｔ６に示されるトリクル充
電に移行する。

【００４４】以上が電池温度ＴB が１５℃以下の場合の
急速充電動作である。この場合、図１３に示されるよう
に電池温度が上がるに従って充電電流を大きくすること
によよって、短時間の急速充電を可能とする。

【００４５】次に、電池温度ＴB が１５℃＜ＴB ≦４０
℃の場合の急速充電動作について説明する。図１０のス
テップ２０１で０℃≦ＴB ≦１５℃の範囲に入らない場
合は図１２のステップ２１６に進み、１５℃≦ＴB ≦４
０℃の範囲に入るか否かを調べる。ここでは、ＴB ＞１
５℃であるため、最初から図１４に示す第２の充電電流
パターンIIで期間ｔ１に示されるように３．０Ｃという
大きな充電電流を流して電池電圧ＶB を読み込み、電池
温度ＴB を計算し、先と同様にＶB の温度補正を行う
（ステップ２１７）。このとき、ＴB およびＶB は共に
上昇する。

【００４６】次に、ステップ２１８でＶB ≧１．４５Ｖ
か否かを調べ（これは、図７において３．０Ｃ、２０
℃、５０％充電容量か否かを調べることに相当する）、
ＶB ≧１．４５Ｖであればステップ２１９に進み、２．
０Ｃの充電電流を流して電池電圧ＶB を読み込み、電池
温度ＴB を計算し、先と同様にＶB の温度補正を行う。
続いて、ステップ２２０で充電電流２．０Ｃ、電池温度
２０℃、充電容量７５％に相当するＶB ≦１．４７Ｖか
否かを調べ、ＶB ≦１．４７Ｖでなければステップ２１
９に戻る。このステップ２１９〜２２０のループは、図
１４の期間ｔ２に相当する。

【００４７】そして、ステップ２２０でＶB ≦１．４７
Ｖになるとステップ２２１に進み、１．０Ｃの充電電流
を流して電池温度ＴB を計算し、電池電圧ＶB を読み込
み、先と同様にＶB の温度補正を行い、さらに１．０Ｃ
の充電電流を流す（ステップ２２２）。この状態で、電
池温度の温度微分が１℃／分以上か否かを調べて満充電
を判定する。

【００４８】以上が電池温度ＴB が１５℃≦ＴB ≦４０
℃の場合の急速充電動作である。この場合、図１４に示
されるように最初から３．０Ｃ、２．０Ｃといった大電
流で充電を行うため、２５分という短時間で急速充電が
可能となっている。

【００４９】次に、電池温度ＴB が４０℃＜ＴB ≦４５
℃の場合の急速充電動作について説明する。図１２のス
テップ２１６で１５℃＜ＴB ≦４０℃の範囲に入らない
場合はステップ２２３に進み、４０℃＜ＴB ≦４５℃の
範囲に入るか否かを調べる。ここではＴB ＞４０℃であ
るため、図１５に示す第３の充電電流パターンIII で期
間ｔ１に示されるように０．６Ｃという比較的小さな充
電電流を流し、電池電圧ＶB を読み込み、電池温度ＴB
を計算し、先と同様にＶB の温度補正を行うことによ
り、電池の温度上昇を避けるようにする。なお、充電電
流を０．６Ｃ以下にしてもよく、その場合は充電時間が
長くなるが、電池の温度上昇はより小さくなる。

【００５０】次に、ステップ２２５でＶB ≧１．４１Ｖ
か否かを調べ（これは、図７において、０．６Ｃ、２０
℃で７５％充電容量か否かを調べることに相当する）、
ＶB≧１．４１Ｖであればステップ２２２に進み、１．
０Ｃの充電電流を流し、電池温度の温度微分が１℃／分
以上か否かを調べて満充電を判定する。

【００５１】次に、図１０〜図１２のフローチャート上
における電池電圧ＶB の温度補正の具体的な方法につい
て説明する。この電池電圧の温度補正は、前述したよう
に読み込んだ電池電圧を例えば２０℃での電池電圧に補
正することを意味する。例えば、図８は０．６Ｃの充電
電流電流での充電容量と電池電圧との関係を電池温度を
パラメータとして示したものである。図２中の最適急速
充電電流テーブル４９には、３Ｃの充電電流、５０％充
電容量、１５℃，２０℃，３０℃，４０℃の各電池温度
での電池電圧を格納しておく。また、２Ｃ，１Ｃ，０，
６Ｃの各充電電流での７５％充電容量、０℃，１０℃，
２０℃，３０℃，４０℃，５０℃の各電池温度での電池
電圧も同様に最適急速充電電流テーブル４９に格納して
おく。そして、各電池温度と電池電圧との相関をとり、
２０℃に換算した電池電圧を求め、図１０〜図１２のフ
ローチャート上でのＶB と比較するようにする。

【００５２】また、図１０〜図１２のフローチャートで
の図３のステップ１１０に相当する満充電の判定は、充
電容量７５％で常に１．０Ｃの充電電流を流して温度微
分を検知することで行っている。これは、１．０Ｃ以上
の充電電流で満充電にすると、充電容量１００％近くに
なると電池内部でのガス発生が大きくなるためであり、
許容充電電流が図４に示したように充電容量８０〜１０
０％で減少していることと、温度微分として１℃／分が
安定して得られるためには、充電容量７５％の時点で充
電電流を１．０Ｃに切り替え、ある程度の時間にわたり
１．０Ｃの充電電流で充電する必要があるからである。

【００５３】さらに、上記説明では温度微分が１℃／分
になったか否かによる満充電の判定を充電容量が７５％
の以降行ったが、温度微分の検出による満充電の判定を
充電容量が０〜１００％の全ての領域において行うとき
は、図９に充電電流が３．０Ｃ，２．０Ｃ，１．０Ｃ，
０．６Ｃのときの電池の温度上昇特性を示したように、
各充電電流の値によって、１分間当たりの温度上昇量が
１℃のみでなく、例えば充電電流３．０Ｃのときは２．
０℃／分、充電電流が２Ｃのときは１．５℃／分のよう
に温度微分値を可変して満充電を判定することが好まし
い。

【００５４】なお、上記実施例では電池温度を０〜１５
℃、１５〜４０℃、４０〜４５℃の温度域に分け、それ
ぞれの温度域において図１３、図１４、図１５にそれぞ
れ示した一定の充電電流パターンを設定するようにした
が、図４〜図９から分かるように電池温度と充電容量に
より最適の充電電流を流す論理を採用することも可能で
ある。

【００５５】また、図２ではマイクロコントローラ２０
の出力ポートで抵抗２４ａ〜２４ｃを選択的に用いるこ
とにより充電電流を可変するようにしたが、充電電流の
可変は別の構成で行ってもよい。さらに、充電電流の可
変ステップ数も、３．０Ｃ，２．０Ｃ，１．０Ｃ，０．
６Ｃの４段階に限らず、２段階または３段階、あるいは
５段階以上であってもよい。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば電
池温度が比較的低いときは急速充電電流を大きくしする
ことで急速充電時間を短縮し、電池温度が比較的高いと
きは急速充電電流を小さくすることで電池の温度上昇を
抑えて充電容量を大きくとり、かつ電池のサイクル寿命
を短くすることがないようにすることができる。

【００５７】さらに、電池温度から許容充電電流を認識
し、電池電圧から各電池温度での充電容量を認識して、
これらに基づいて最適急速充電電流を決定することによ
り、各電池温度において電池の温度上昇を抑えかつ充電
容量を考慮した最適な急速充電電流で充電を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る二次電池の充電装置の
回路構成図

【図２】図１におけるマイクロコントローラの機能ブロ
ック図

【図３】同実施例の動作を説明するためのフローチャー
ト

【図４】電池の充電容量による許容充電電流の変化を電
池温度をパラメータとして示す図

【図５】各電池温度に対する許容充電電流の変化と各電
池温度でのマージンを持った許容充電電流を示す図

【図６】充電電流に対する放電容量の変化を充電電流を
パラメータとして示す図

【図７】充電容量と電池電圧の関係を電池電圧を充電電
流をパラメータとして示す図

【図８】充電容量と電池電圧の関係を電池温度をパラメ
ータとして示す図

【図９】充電電流を可変したときの充電時間と電池温度
の関係を示す図

【図１０】図３の最適急速充電電流決定ステップおよび
満充電判定ステップの処理内容の一部を詳細に示すフロ
ーチャート

【図１１】図３の最適急速充電電流決定ステップおよび
満充電判定ステップの処理内容の他の一部を詳細に示す
フローチャート

【図１２】図３の最適急速充電電流決定ステップおよび
満充電判定ステップの処理内容のさらに別の一部を詳細
に示すフローチャート

【図１３】同実施例における第１の充電電流パターンを
有する電池温度に応じた急速充電特性を示す図

【図１４】同実施例における第２の充電電流パターンを
有する電池温度に応じた急速充電特性を示す図

【図１５】同実施例における第３の充電電流パターンを
有する電池温度に応じた急速充電特性を示す図

【図１６】従来の急速充電特性を示す図

【符号の説明】

１…電池パック ２…二次電池 ３…サーミスタ ４…充電装置 ５…商用交流電源 ６…フィルタ ７…整流平滑回路 ８…トランス ９…スイッチングトランジスタ １１…パルス幅変調
回路 １２…整流平滑回路 １３…急速充電用
トランジスタ １４…トリクル充電用トランジスタ １６…逆流防止用
ダイオード １７…フォトカプラ ２０…マイクロコ
ントローラ ３０…演算増幅器 ３２…放電用トラ
ンジスタ ４１…Ａ／Ｄ変換器 ４２…Ａ／Ｄ変換
器 ４３…電池温度計算部 ４４…電池電圧検
出部 ４５…電池温度判定部 ４６…温度微分計
算部 ４７…電池状態判定部 ４８…電池パック
セット検出部 ４９…最適急速充電電流テーブル ５０…充電制御部 ５１…急速充電制御信号 ５２…トリクル充
電制御信号 ５３…充電スタート信号 ５４ａ〜５４ｃ…
急速充電電流制御信号

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】二次電池を急速充電する機能を備えた充電
   装置において、 前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、 前記温度検出手段により検出された温度に応じて急速充
   電電流を増減させ制御する充電制御手段とを備えたこと
   を特徴とする二次電池の充電装置。
2. 【請求項２】二次電池を急速充電する機能を備えた充電
   装置において、 前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、 前記二次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、 前記温度検出手段により検出された温度および前記電圧
   検出手段により検出された電圧により最適急速充電電流
   を決定して急速充電電流を増減させ制御する充電制御手
   段とを備えたことを特徴とする二次電池の充電装置。